基于改进Kneedle算法...场典型高峰小时需求确定方法_汪普瑞.pdf

第21卷 第1期2023年03月交通运输工程与信息学报Journal of Transportation Engineering and InformationVol.21 No.1Mar.2023文章编号：1672-4747（2023）01-0009-10基于改进基于改进KneedleKneedle算法的机场典型高峰小时需求确定方法算法的机场典型高峰小时需求确定方法汪普瑞，董 治*，柏 强（长安大学，运输工程学院，西安 710064）摘要：典型高峰小时交通量的确定在民用运输机场规划与设计中发挥着重要的作用，是机场规模与设施容量预测的基础。目前典型高峰小时定义指标众多，不同定义指标计算出的机场典型高峰小时需求不一致。因此，需要研究一种相对精准且统一的方法来确定不同民用运输机场典型高峰小时交通量。为实现上述目标，结合民用运输机场交通量重复离散的数据特征，提出了基于改进Kneedle算法的拐点检测方法，应用于北京首都国际机场和昆明长水国际机场航班起降架次数据集，该方法可确定不同机场排名曲线中首个拐点位置和对应的航班起降架次，以此作为机场典型高峰小时需求，并与常用的标准繁忙率（SBR）、繁忙小时率（BHR）、年度高峰月的平均日高峰小时（ADPM）、年度两个高峰月的平均日高峰小时（ADTPM）四种典型高峰小时定义指标计算得到的高峰小时航班起降架次及排名曲线中对应位置分别进行了比较验证。研究结果表明，同一典型高峰小时定义并不适用于不同民用运输机场，而使用改进Kneedle算法能够准确确定机场典型高峰小时交通需求，具有更广泛的适用性。关键词：航空运输；拐点检测；改进Kneedle算法；典型高峰小时需求；民用运输机场中图分类号：V352文献标识码：ADOI:10.19961/ki.1672-4747.2022.09.005Determining typical peak-hour demand of airport based on improvedKneedle algorithmWANG Pu-rui，DONG Zhi*，BAI Qiang(College of Transportation Engineering,Chang an University,Xi an 710064,China)Abstract：The determination of a typical peak hour traffic volume plays a critical role in the planningand design of civil transport airports.In addition,it is the basis for predicting the airport scale and fa-cility capacity.Many indicators are used to define typical peak hours,and the peak hour demand cal-culated using different definition indicators is inconsistent.Therefore,a relatively accurate and uni-fied method should be developed to determine the typical peak-hour traffic volume of different civiltransport airports.The data of civil transport airports is repeated and discrete to achieve the above ob-jectives.In this study,an inflection point detection method based on an improved Kneedle algorithmwas developed.Based on the flight datasets of the Beijing Capital International Airport and KunmingChangshui International Airport,this approach can be applied to determine the first inflection pointin the ranking curve and the corresponding flights as the typical peak hour demand of the airport.收稿日期：2022-09-07录用日期：2022-10-03网络首发：2022-10-10审稿日期：2022-09-0709-16；09-2910-03基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFB1601200）；中国民用航空局安全能力建设资金项目：民用机场建设核心规模指标与机场航空业务量匹配方法研究；陕西省自然科学基础研究计划项目(2022JQ-735)作者简介：汪普瑞（1996），男，硕士研究生，研究方向为交通运输规划与管理，E-mail：通信作者：董治（1985），女，副教授，研究方向为交通运输规划与管理，E-mail:引文格式：汪普瑞，董治，柏强.基于改进Kneedle算法的机场典型高峰小时需求确定方法J.交通运输工程与信息学报，2023，21(1)：125-134.WANG Pu-rui，DONG Zhi，BAI Qiang.Determining typical peak-hour demand of airport based on improved Kneedle algorithmJ.Journal of Transportation Engineering and Information，2023，21(1)：125-134.The results were compared with the flights calculated based on the standard busy rate,busy hourrate,average daily peak hour in the annual peak month,the average daily peak hour of the two peakmonths of the year,and the corresponding positions in the ranking curves.The research results showthat the same definition of typical peak hours does not apply to different civil transport airports.Theimproved Kneedle algorithm can precisely determine the typical peak-hour traffic demand of airportsand has broader applicability.Key words:air transportation;inflection point detection;improved Kneedle algorithm;typical peakhour demand;civil transport airport0引言随着我国经济快速增长和群众生活水平的提高，客运出行需求日益提升，作为主要的出行方式之一，我国民航业务量快速增长，航空运输市场不断扩大，机场运营和管理面临着巨大挑战。因此，民用运输机场规划建设中考虑合理的容量和规模非常重要1：一方面要保证其能够满足未来年交通需求的持续增长；另一方面，合理规模也是对新建及扩建机场成本的有效控制。民用运输机场规划一般都需要通过确定高峰小时航班起降架次及客货运量2来估算机场飞行区与陆侧区域设施规模，使得其能满足交通需求3。高峰小时交通需求通常用设计高峰小时（Design Peak Hour，DPH）交通量或典型高峰小时（Typical Peak Hour，TPH）交通量来表示4。典型高峰小时交通量并不等同机场全年各小时运行交通量中的最大小时交通量，但其能够确保机场设施具有足够容量，满足几乎全年各时段的交通需求达到预期服务水平，并允许少数机场出现过度繁忙高峰小时的情况4。目前，各国航空管理机构以及文献中关于典型高峰小时常用定义包括标准繁忙率5（Standard Busy Rate，SBR）、繁忙小时率6（Busy Hour Rate，BHR）、年度高峰月的平均日高峰小时7-8（Average Day of the Peak Monthof the Year，ADPM）或者一年中两个高峰月的平均日高峰小时4（Peak Hour of the Average Day of theTwo Peak Months of the Year，ADTPM）等，如表 1所示。表1 常用典型高峰小时定义Tab.1 Commonly used definitions of the typical peak hours定义标准繁忙率（SBR）繁忙小时率（BHR）年度高峰月的平均日高峰小时（ADPM）年度两个高峰月的平均日高峰小时（ADTPM）解释将机场一整年测得的8 760个小时交通量从大到小进行排序，以交通量排在第30位的小时作为典型高峰小时将机场一整年测得的8 760个小时交通量从大到小进行排序，并按照排名顺序计算累积小时交通量，当累积小时交通量占全年总交通量达5%的小时时，紧临的下一排名小时即为典型高峰小时计算一年之中高峰月日平均交通量，根据高峰月内单日交通量最接近该值的日期确定高峰月平均日，同时将此平均日的高峰小时作为典型高峰小时计算一年之中两个高峰月的日平均交通量，根据两个高峰月内单日交通量最接近该值的日期确定两个高峰月平均日，并将该日的高峰小时作为典型高峰小时使用者及参考文献来源中国民航局(Civil Aviation Adminis-tration of China，CAAC)，宋大明5英国机场管理局6（British AirportAuthority，BAA）美国联邦航空局7（Federal AviationAdministration，FAA），胡晓晨8国际民航组织（International CivilAviation Organization，ICAO），Neufville4在民用运输机场规划与设计过程中，国际上对众多高峰小时定义指标推荐选取并未做统一认定和推荐，确定机场典型高峰小时交通量往往取决于机场运营商、政府和其他利益相关者对于上述常用典型高峰小时定义的习惯与偏好，根据某一类定义来计算机场各类设施典型高峰小时126交通运输工程与信息学报第21卷需求。在以上定义中，SBR在我国民用运输机场规划设计中被广泛使用，其最早是被英国机场管理局所采用，来源于公路和城市道路设施规划设计中典型高峰小时交通量的确定方法9。然而，由不同的典型高峰小时定义指标计算得到的机场高峰小时需求具有差异，如果只根据某一固定典型高峰小时定义指标确定的高峰小时需求不一定适用于所有机场。因此，本研究旨在结合机场自身特征和交通量数据等，寻找相对统一的方法准确确定不同机场的典型高峰小时需求，保证机场各类设施设计取得技术与经济的最佳投资效果。1 民用运输机场需求特征分析民用运输机场高峰小时交通需求决定了民用运输机场的基础设施建设规模以及运营规模，高峰小时交通需求一般包括高峰小时航班起降架次和高峰小时旅客客运量10，其中，航班起降架次主要用来决定飞行区容量和航空管制等11，故确定机场典型高峰小时航班起降架次对于机场容量预测、减少延误与安全事故具有至关重要的作用12。因此，本研究选取民用运输机场航班起降架次为需求分析对象。1.1 交通量排名